Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü. Alternatif Yapı Malzemeleri

Transkript

1 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı Malzemeleri 4. Yapılarda polimer kullanımı 4.1. Polimer kimyası ve sınıflandırma Polimer, monomer ve polimerizasyon Polimerlerin sınıflandırılması Mühendislik plastikleri Plastiklerin genel özellikleri 1

2 Polimer, monomer ve polimerizasyon * Polimerler küçük kimyasal yapıların çok sayıda tekrarından oluşan geniş moleküllerdir. * Polimerler monomer veya kısaca mer denilen basit ünitelerden oluşur. Polietilen kat büyütme 2

3 Polimer, monomer ve polimerizasyon * Sentez yoluyla bileşiğin kendi küçük molekülünden daha büyük moleküllerin üretilmesine polimerizasyon denir. İki türlüdür: - İlave polimerizasyonu (additional polymerisation) - Kondensasyon polimerizasyonu (condensation) monomer polimer 3

4 Polimer, monomer ve polimerizasyon -Katılımlı (ilave) polimerizasyon (additional polymerisation) Monomer uç uca eklenerek birleşip polimeri oluşturur. Reaksiyonun başlaması ve ilerlemesi için başlatıcı (initiator) ve katalizör eklenir. Yan ürün açığa çıkmaz. Vid.1 (00:20) - Kondensasyon polimerizasyonu Monomer diğer monomerle birleşirken bazı bileşenlerini kaybeder. Bu sırada yan ürünler açığa çıkar (çoğunlukla su). Daha yavaş gerçekleşir. Çoğu kopolimer kondensasyon reaksiyonu ile oluşur. asit +alkol = yağ + su 4

5 Polimer, monomer ve polimerizasyon * Polimerizasyon için gerekli parametreler: -Sıcaklık -Basınç -Katalizör 5

6 Polimer, monomer ve polimerizasyon Homopolimer Kopolimer * Polimerizasyon ortamında tek bir mer yerine, iki mer varsa, bunların birleşiminden oluşan ve metallerdeki alaşıma benzeyen bir ürün elde edilir. Bu olaya kopolimerizasyon, ürüne ise kopolimer denir. -A-A-A-A-A-A-A-Aörnek: polietilen * Örneğin PVC (polivinil klorür) bir kopolimerdir. -B-A-B-A-B-A-B-A-B- 6

7 Polimer, monomer ve polimerizasyon Terpolimer * Günümüzde terpolimerler üzerine çok sayıda araştırma yapılmakta ve yeni terpolimer ürünler ortaya çıkmaktadır. EPDM kauçuk (ethylene propylene diene monomer) Teras yalıtım malzemesi Vid.2 (02:08) 7

8 Polimerlerin sınıflandırılması Sınıflandırma-1 * Polimerler, doğal ve yapay (doğadaki hammaddelerden işlenerek elde edilen, sentetik) olarak iki gruba ayrılabilir. 8

9 Polimerlerin sınıflandırılması * Doğal kauçuk (lastiğin temel malzemesi) termoplastik ve elastomerik özelliklere sahiptir. Çok büyük şekil değişimleri yapabilen (elastomer) lastik; sert, aşınmaya dayanıklı ve düşük permeabilite özelliklerine sahip bir malzemedir. * Kükürt katarak çapraz bağlarını arttırmak suretiyle doğal kauçuğun dayanımı ve enerji yutabilme yeteneği geliştirilerek vulkanize kauçuk (doğal lastik) elde edilir. Lastik, mekanik enerjiyi ısı enerjisine dönüştürerek şok darbelerini sönümleyerek yutabilir. Lastik petrol türevlerinden de üretilmektedir. 9

10 Polimerlerin sınıflandırılması Ham kauçuk (isopren) Sülfür molekülü Vulkanize kauçuk,

11 Polimerlerin sınıflandırılması * Yapay polimerler sentetik ya da yarı sentetik olabilir. silikonlar 11

12 Polimerlerin sınıflandırılması Sınıflandırma-2 * Polimerler, kimyasal bileşimlerine göre organik, ve inorganik olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. İnorganik polimerler Organik polimerler Organik polimerlerde başta karbon olmak üzere hidrojen, azot ve halojen atomları bulunur. Bir atomun polimer ana zinciri üzerinde bulunabilmesi için en az iki değerlikli olması şarttır. Bu nedenle hidrojen ve halojenler ana zincir üzerinde bulunamazlar. İkinci şart ise ana zincir üzerinde bulunan atomlar arasındaki bağ enerjisinin yeterli olmasıdır. İnorganik polimerlerde ise ana zincirde karbon yerine silisyum, germanyum, bor, fosfor gibi elementler bulunur. Ana zincirde bulunan elementlerin bağ enerjileri organik polimerlerde bulunan elementlerin enerjilerinden daha yüksektir. Bu nedenle organik polimerler daha yaygın olarak kullanılmalarına rağmen, inorganik 12 polimerlerden daha yüksek ısıl ve mekanik dayanıklılık elde edilebilir.

13 Polimerlerin sınıflandırılması Sınıflandırma-3 * Polimerlerin sınıflandırılmasında en çok kullanılan esas işleme yöntemlerine göre yapılan sınıflandırma olup, polimerler termoplastikler ve termosetler olmak üzere iki gruba ayrılırlar. * Polimerizasyon sonucu değişik tiplerde polimerler üretilebilir. a) Düz bağlı b) Dallanmış bağlı c) Çapraz bağlı 13

14 Polimerlerin sınıflandırılması Termoplastikler (thermoplastics, thermosoftening polymers) * Düz veya dallanmış zincir tipi plastiklere termoplastik adı verilir. Bu tip malzemeler ısıtıldığında yumuşarlar ve tekrar şekillendirilebilirler. Bu farklı davranışa, birincil bağ olan kimyasal bağlardan çok, ikincil fiziksel bağlar sebep olur. Kolay şekil verilir. Örn: polietilen * Polietilenin paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals bağları çekme sırasında yüksek orana uzamayı sağlar. * Sıcaklık artışı ile aynı yükteki uzama artışı da paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals bağları ile açıklanabilir. 14

15 Polimerlerin sınıflandırılması Termoplastikler (thermoplastics, thermosoftening polymers) * Termoplastikler, normal sıcaklıkta kırılgandan, düktile kadar değişen davranışlar gösterirler. * Termoplastikler doğal ve sentetik olmak üzere iki gruba ayrılırlar. * Doğal termoplastikler reçine ve asfalt bazlı bağlayıcılardır. Sentetik termoplastiklerin İnşaat Mühendisliğinde kullanım alanları bir sonraki bölümde incelenecektir. 15

16 Polimerlerin sınıflandırılması Termoset plastikler (thermoset) Çapraz bağlı ve dallanmış türler sıcaklık etkisiyle yumuşayarak reaksiyona girip erir. Sıcaklık bir noktayı aşınca polimerizasyon sonucu, plastik sert, kırılgan bir malzeme haline dönüşür. Bu malzemeler tekrar ısıtılınca yumuşamazlar, sert ve kırılgandır. Bu tip malzemelere termoset plastikler adı verilir. Genelde termoset malzemeler düktil değillerdir. Ancak formülasyonunda yapılacak değişikliklerle düktil özellik gösteren türleri de üretilmektedir. Vid.3 (02:08) 16

17 Mühendislik plastikleri * Plastikler (yapay polimer) doğadaki malzemeler kullanılarak üretilen ancak doğada bulunmayan bir malzemedir. * Plastikler, adından da anlaşılabileceği gibi plastik davranış gösterebilen ve üretimlerinin belirli aşamasında (sıcakta) istenen şekle sokulabilen ve soğuduğunda bu şekli koruyan malzemelerdir.

18 Mühendislik plastikleri * Plastikler 19. yüzyıl sonlarında ortaya çıkmışlar ve 20. yüzyılın malzemesi olmuştur. İlk plastik malzemelerden biri selüloz-nitrattır (fotoğrafçılıkta negatif film). * Bunu izleyerek 1910'da bakalit, 1927'de PVC, 1929'da üre ve melamin, 1940'da poliamitin özel bir türü naylon, 1943'de polietilen, pvc, silikon ve 1948'de epoksi sentezlenmiştir. * Günümüzde amaca yönelik sınırsız sayıda plastik türü mevcuttur. Kullanım amacına göre katılan kimyasal maddeler plastiklere değişik özellikler 18 kazandırmaktadır. Vid.4 (03:40)

19 Plastiklerin genel özellikleri * Plastiklerin mekanik özelliklerine etki eden faktörler ise; yükleme hızı, sıcaklık ve çevre koşullarıdır. * Plastikler yük altında viskoelastik davranış gösterirler. Bu davranış da sıcaklık ve zamana bağlıdır. Gerilme Sert, dayanıklı plastikler (kalıplanmış termosetler) Plastiklerin çoğu Yüksek oranda esneyebilen plastikler Birim şekil değişimi 19 * Bazı plastikler yüksek dayanımlı iken, bazıları düşük dayanım değerlerine sahiptir. Bazıları kırılgan, gevrek davranış gösterirken, bazıları çok düktildir.

20 Plastiklerin genel özellikleri 1. Hafiflik (özgül ağırlığı ), 2. Düşük elektriksel iletkenlik (elektrik yalıtım malzemesi olarak uygundur), 3. Düşük ısı iletkenlik (yalıtım avantajı sağlar, köpük formu +) 4. Renk seçeneği (şeffaftan opağa kadar değişen optik özellikler), 5. Kimyasal maddelere dayanıklılık (inorganik asitlere, tuzlara, bazlara, tatlı,tuzlu ve pis su etkisine dayanıklılık sağladığı için ideal bir alt yapı malzemesidir), 6. Düşük su emme, 7. Kolay imalat ve işlenebilirlik (örneğin imalat sırasında plastiklerin içine metal parçalar gömülebilir veya matkapla vb. aletle delik açılıp, kesilebilir). 8. Plastiklerin yüksek termal genleşme katsayıları, diğer malzemelerle birleştirilirken dikkate alınmalıdır. 9. Sünme ve yorulma olayları plastikleri olumsuz yönde etkiler. 10. Yüksek sıcaklıklar plastikleri olumsuz yönde etkiler. 11. Plastiklerin UV dayanıklılığı düşüktür. 20

21 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin yangına dayanıklılığı Bazı türleri o C sıcaklığa kadar dayanmasına karşın (teflon, melamin, vb.), çoğunluğu termoplastik polimerler 80 o C nin aşılması halinde zarar görür. Sıcak ortamlarda elastisite modülleri düşer. Polimerler karbon, hidrojen ve nitrojen kökenli organik bileşikler içerdiğinden yüksek sıcaklıklarda yanıcı özellik gösterebilir. İlk tutuşma oksidasyonu, alev alma veya tamamen yanma durumlarında farklı türlerde gazlar açığa çıkabilir. Polimerlerin yangın sırasında zehirli gaz ve duman çıkarma özelliği zehirlenme ile ölümlere neden olabilir. Polimerleri yangına karşı korunmak için (a)yangını başlangıçta kontrol altına alma sistemleri (yağmurlama veya köpükleme) (b) Reçine formülasyonuna halojen kökenli katkılar ilave etmek (florin, klorin, bromin veya iyodin sınıfı kimyasallar) (c) Yanarken zararlı gaz çıkarmadan kömürleşen pasif koruyucu boyaların yüzeye uygulanması (intumescent coating) Vid.5 (01:05) 21

22 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin UV ile bozulması * Termoplastikler daha hassastır. (polipropilen, polietilen, polimetilmetakrilat, naylon) Vid.6 (01:05) 22

23 Plastiklerin genel özellikleri Ultraviyole (UV) ışın (morötesi) Elektromanyetik ışınım (radyasyon) spektrumunda görünür ışıkla X-ışınlarına arasında kalan dalgaboyundaki (100 nm-400nm) ışınlardır. UV ışını enerjisi 3 ev ile 124 ev arasında değişir. İnsan gözünün algıladığı en yüksek frekanslı ışık viyole (mor) olduğu için daha yüksek frekanslı bu ışına ultra viyole (mor ötesi) denmiştir. 23

24 Plastiklerin genel özellikleri Ultraviyole (UV) ışın (morötesi) Bir miktar UV ışını D vitamini sentezi için gereklidir. Aşırısı deri için zararlıdır. 24

25 Plastiklerin genel özellikleri Ultraviyole florosan lambaları UV ışınını görünür ışına çevirirler (civalı lambalar). Düşük sıcaklıkta dezenfeksiyon (30 o C) sağlama amacıyla kullanılırlar. UV ışınını görünür ışına çeviren teleskoplarla ve kameralarla güneşin veya başka kaynakların yaydığı UV ışını gözlenebilir. 25

26 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin UV ile bozulması Mekanizma-1: Molekül zinciri kopması ile elastik özelliklerde gerileme Mekanizma-2: Molekül zinciri kopması ile yüzey erozyonu (filler ve pigmentin kaybedilmesi) filler ve pigment sağlam polimer zinciri açığa çıkan filler veya pigment UV etkisi Polimer zincirlerinde hasar 26

27 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin UV ile bozulması Elektromanyetik spektrumun UV aralığındaki dalgaboyuna sahip fotonlar kısa dalgaboyları nedeniyle yüksek enerjilidirler. Yüksek enerjili fotonlar polimer yüzeyindeki moleküllere veya atomlara çarpma anında bazı değişikliklere neden olur. UV etkisinde geçen zaman Plastik ve kauçuk gibi polimerik malzemeler uzun molekül zincirlerine sahiptir. Ana zincir yapısı, molekül ağırlığı ve molekül mimarisi UV etkisi ile bozulur. * UV fotonlarının enerjisi malzeme tarafından molekül bağlarını kıracak kadar 27 yüksek oranda soğurulduğunda molekül zinciri kopar ve molekül ağırlığı azalır. Buna paralel olarak elastik özellikler kaybolur ve çatlama olasılığı artar.

28 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin UV ile bozulması * Polimer bağ yapıları ve içerdikleri kimyasal gruplar da çok çeşitlidir. Örneğin naylonda amit bağlanması söz konusudur (-CONH-). Her grup farklı oranda UV spektrumunda enerji soğurur. Ne yazık ki çoğu polimer grubu UV spektrumunda yüksek oranda ışın soğurur. 28

29 Plastiklerin genel özellikleri Polimerlerin UV ile bozulması * Polimer yüzeyinde tozuma olur (chalking). Genelde beyazdır ancak pigmant kullanılmışsa toz renkli de olabilir. UV etkisi ile: - yüzeyde çatlama - yüzeyde matlaşma ve şeffaflık kaybı - kolay kırılma * Seramikler ve metaller kristal yapıları (güçlü iyonik ve metalik bağlanma) nedeniyle UV etkisine daha dirençlidir. 29

30 Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Alternatif Yapı Malzemeleri 4. Yapılarda polimer kullanımı 4.2. Termoplastik polimerler Sınıflandırma ve örnekler Polistiren (PS) Polietilen (PE) Polimetil metakrilat (PMMA, pleksiglas) Polivinil klorit (PVC) Poliamitler (naylon) Polipropilen (PP) Polikarbonat (PC) Plastik borular Polietilen tereftalat (PET) 1

31 Sınıflandırma ve örnekler 1- Polietilen (LDPE, LLDPE, HDPE) 2- Polivinil klorit (PVC) 3- Polipropilen (PP) 4- Polistiren (PS) 5- Pleksiglas (PMMA) 6- Poliamitler (naylon) 7- Polikarbonat 8- Polietilen tereftalat (PET) 2

32 Sınıflandırma ve örnekler Plastikler atmosfer ve diğer dış etkilere karşı çok büyük dayanıklılık gösterdiğinden, doğada kolay yok olmazlar. Çoğunlukla, polietilen ve nitroselüloz dışında plastikler zamanla doğada yokolmaz. Bu nedenle plastik artıkların giderilmesi önemli bir çevre sorunu haline gelmiştir. 1- PET, polietilen tereftalat 2- HDPE, yüksek yoğunluklu polietilen 3- PVC, polivinil klorit 4- LDPE, düşük yoğunluklu polietilen 5- PP, polipropilen 6- PS, polistiren 7- Diğer plastik türleri Plastik üreticileri tarafından kullanılan uluslar arası kodlama (geri dönüşüm) 3

33 Polietilen (PE, tonaj olarak dünyada en çok kullanılan polimerdir) Polietilen: Etilen (C 2 H 4 ) monomerinde karbon atomlarından oluşan ana zincire hidrojen atomları bağlıdır. Etilen monomerinin polimerizasyonu ile elde edilir. Etilen uygun basınç, sıcaklık ve katalizörlerin etkisinde bırakılırsa: 4

34 Polietilen Saf polietilen şeffaf veya beyaz olabilir. İnce film kalınlığında şeffaf, kalınlaştıkça parlak ve opak görünüm alır. Pigment ilavesi ile renklendirilebilir. Erime sıcaklığı o C arasındadır. Polimerizasyon sıcaklığı, basınç ve kullanılan yönteme göre 3 farklı türü vardır: 1. Düşük yoğunluklu polietilen (LDPE): Dallanmış yan zincirlerin bağlı olduğu bir ana zincir yapısına sahiptir. Özellikle LDPE kimyasallara dirençli değil. 2. Yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE): Düz bir ana zincire bağlı kısa ve az sayıda yan zincir yapısına sahiptir. Bu nedenle polimer ana zincirleri birbirlerine daha yakındır ve yoğunluk ile dayanım artmıştır. 3. Lineer düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE): Ana zincire sık ve kısa yan zincirler bağlanmıştır. 5

35 Polietilen 6

36 Polietilen HDPE dirsek HDPE su borusu HDPE doğalgaz borusu HDPE temiz su tesisat boruları HDPE koruge boru 7 PE kaynak makinası

37 Polietilen HDPE, LDPE, LLDPE geomembran (sızdırmazlık için) HDPE bidon HDPE şişe PE çuval 8

38 Polietilen LDPE geomembran LDPE pelet hammade LDPE eldiven LDPE poşet LDPE geri dönüşüm torba LDPE film LDPE sıvı kapları 9

39 Polivinil klorit (PVC) (kullanım oranı plastikler içinde ikinci sıradadır) Kimyasallara dirençli olması nedeniyle pis su borusu ve sanayide atık su borusu olarak kullanımda tercih edilir. Amorf yapılıdır. Güçlü dipol bağları nedeniyle hem erime sıcaklığı yüksektir (204 o C), hem de kimyasallara dirençlidir. (PVC kimlik kaplama) Saf PVC polimeri yüksek dayanımlıdır ancak bağlı klor nedeniyle gevrek davranış gösterir. PVC'ye çeşitli katkılar ilave edilerek gevreklik özelliği amaca göre azaltılır. 10

40 Polivinil klorit (PVC) PVC'ye ilave edilen çeşitli katkılar (diğer polimerlerde de kullanılabilirler): Akışkanlaştırıcılar (plasticizers): Polimerin esnekliğinin arttırılması için eklenir. Yumuşak PVC üretiminde gereklidir. Yüksek molekül ağırlıklı bileşikler kullanılır. Fitalat esterleri genellikle tercih edilir (PVC'den zamanla sızma riski nedeniyle oyuncaklarda ve medikal gereçlerde sınırlandırılmıştır). Stabilizatörler (heat stabilizers): Polimerin üretimi sırasında ısı nedeniyle çatlamasını, bozulmasını önlemek ve nihai ürünün kullanım ömrünü uzatmak (***UV dayanımı sağlamak) için ilave edilen organometalik bileşiklerdir. Kalay, kurşun (ağır metal), baryum, kadmiyum, kalsiyum, çinko bileşikleri, grafit *** Hatırlatma: Ultraviyole ışık altında uzun karbon zinciri moleküllerin parçalanması 11 sonucu plastik özelliğini kaybedip kırılgan hale gelir.

41 Polivinil klorit (PVC) Kaydırıcılar (lubricants): Erimiş polimerin üretimi sırasında metal kalıba yapışmasını engellemek için kullanılır. Wakslar, yağlar, sabun türevleri Toz malzeme (fillers): Dolgu malzemesi olarak PVC'nin maliyetini düşürmek için ilave edilen inert toz maddelerdir (talk: Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ),kalsit:caco 3, silikatlar ) Pigment: Renklendirme için organik veya inorganik Donatı Maddeleri: Plastiklerin tokluk özelliklerini geliştirmek amacıyla en çok cam lifleri kullanılır. Lif donatılı polimer kompozitler incelenirken bu konuya dönülecektir. 12

42 Polivinil klorit (PVC) Sert PVC (rigid): Tek başına PVC işlenemeyecek kadar gevrek bir malzemedir. Bir miktar kauçuk benzeri malzeme ilavesi ile sert ancak işlenebilir bir ürüne dönüştürülebilir. Sert PVC inşaat sektöründe en çok kullanılan polimerdir. Yumuşak PVC (plasticized): Akışkanlaştırıcı ilavesi ile PVC çok daha esnek, şekil değiştirme yeteneği yüksek bir malzeme haline getirilebilir. Oyuncak sektörünün en önemli hammaddesidir. Kağıt kaplama, tekstil sektörü, elektrik kablosu bantı işlerinde kullanılır. 13

43 Polivinil klorit (PVC) - sert PVC Plastik profillerin ekstrüzyon yöntemiyle üretimi Kalıptan çıkan ürünün kalibreye verilmesi 14

44 Polivinil klorit (PVC) - sert PVC Ko-ekstrüzyon yöntemi İç içe farklı polimerlerden oluşan boru üretimi 15

45 Polivinil klorit (PVC) - sert PVC PVC kapı ve pencere kasaları, profiller PVC kalorifer tesisatı boruları 16

46 Polivinil klorit (PVC) - sert PVC PVC pis su tesisatı boruları Sandalye Baret Su bidonu (polikarbonattan da yapılıyor) 17

47 Polipropilen (PP) Ana zincirde bağlı olan metil grubu (CH 3 ) zincirin dönme hareketini kısıtlar. Bu nedenle sert ve esnekliği az, aşınmaya dayanıklı bir plastiktir. Polietilene kıyasla erime sıcaklığı da daha yüksektir ( o C). Şekil değiştirmeden 120 o C'ye kadar dayanır. Ataktik polipropilen Hafif (0.9g/cm 3 ), kimyasallara dayanıklı, su emme oranı düşüktür. En ucuz polimerlerdendir. 18

48 Polipropilen (PP) PP saklama kabı PP'nin erime sıcaklığı yüksek olduğu için radyatör fanlarında kullanılır. PP sandalye Kapak PP PP halat PP beher ve laboratuvar ekipmanı PP film 19

49 Polipropilen (PP) PP sulama borusu PP Su drenaj borusu Un, şeker, tahıl, gübre vb. çuvalı (PP-PE karma) Sade PE çuval 20

50 Polipropilen (PP) PP Kalorifer ısıtma tesisatı borusu 21

51 Polipropilen (PP) Alüminyum folyolu PP borular Alüminyumun oksijen yalıtımı sağlaması ve konsantrasyon farkı nedeni ile tesisata havada bulunan oksijen moleküllerinin geçmesin engellenmesi amaçlanır. Isıtma tesisatları kapalı devre olarak çalışmaktadırlar. Bu tesisatlarda sisteme oksijen difüzyonunun olması durumunda su içerisine giren oksijen molekülleri sistemdeki metalik aksamlarda korozyona sebep olmaktadır. Bu durumda kombi ve radyatörlerin kullanım ömrü kısalmaktadır. Bu nedenle tesisatlarda yaygın olarak bakır ve alüminyum folyolu plastik borular kullanılmalıdır. Tesisata giren oksijen; korozyon, kavitasyon ve erozyon, cihazlarda verim düşüklüğü, servis sıklığı, pompa problemleri, tesisatın belirli bölgelerinde ısınmama ve sirkülasyon problemleri gibi sorunlara da neden olur. Bu problemler; ısı eşanjörlerinde, pompalarda, ısı sayaçlarında, üç yollu vanalarda, yerden ısıtma sistemlerinde kendini sıkça gösterir. Tesisata oksijenin girmesi ise sıklıkla oksijen bariyersiz plastik boru (Düz PP-R, PEX ve Cam Takviyeli PP-R gibi) kullanımından dolayı plastik boru üzerinden difüzyon yolu ile oluşmaktadır. 22

52 Plastik borular Plastik boru sektöründe farklı amaçlarla kullanılmak üzere değişik hammaddelerden boru üretilmektedir. Bu hammaddelerden en önemlileri; - Polipropilen (PP) - Polietilen (HDPE) - Polivinil Klorür (PVC) 23

53 Plastik borular Plastik Boruların Kullanım Alanları Genel olarak plastik boruların en çok kullanıldığı alanlar şunlardır; 1. Şebeke Sistemleri -Doğalgaz taşıma sistemleri - Temiz ve atık su taşıma sistemleri -Sıcak su ve jeotermal su taşıma sistemleri 2. Tarımsal Sulama -Basınçlı sulama sistemleri -Yağmurlama sulama sistemleri - Damla sulama sistemleri -Yarı açık su iletim sistemleri - Derin kuyu boruları - Sondaj boruları - Drenaj boruları - Sera ısıtma boruları 3. Isıtma Sistemleri - Folyolu plastik borular - Kalorifer tesisat sistemleri - Yerden ısıtma sistemleri PP 24

54 Plastik borular Avrupa'da Plastik Boru Sektörünün Durumu Plastik borular Avrupa kıtasının tamamında ülkelerin coğrafi yapılarında uyumlu hammadde kullanımıyla, atık su hatlarındaki yüksek sızdırmazlık ve esneklik özelliği ile piyasayı ele geçirmiş durumdadır. Fransa da ve İspanya da PVC li boru hatları; Finlandiya, Almanya, İtalya ve İngiltere de polietilenli boru hatları; Danimarka ve İsveç te polipropilenli boru hatları kullanımı yaygındır. Türkiye de Plastik Boru Sektörünün Durumu Plastik, bakır, çelik, beton, asbest, alüminyum ve demir gibi malzemelerle imal edilen ürünlerin oluşturduğu Türkiye boru pazarında plastik sektörü en büyük paya sahiptir. Pazar kaybeden gruplar ise kendilerine yeni pazarlar bulmak için çalışmalarını başka alanlara yönlendirmektedir. Özellikle geçmiş yıllarda altyapı çalışmalarında sıkça kullanılan beton borular artık yerlerini plastik borulara bırakmaktadır. Plastik borular, doğalgaz yatırımlarında da paylarını giderek arttırmaktadır li yıllarda sulama borularında başlayan dönüşüm ve de 1995 yılından bu yana konut tesisatlarında kullanılan çelik boruların tamamen plastik boruya dönüşmesiyle çelik boru üreticileri bu iki alanı plastik boru üreticilerine bırakmaktadır. 25

55 Plastik borular cam takviyeli plastik (CTP) borular Türkiye de Plastik Boru Sektörünün Durumu Plastik borular, özellikle 2000 li yıllarla beraber altyapı çalışmalarında beton borunun, sıhhi tesisatlarda ise galvaniz borunun yerini alarak sektörde diğer ürünlere göre büyük bir çıkış göstermiştir, pazar büyüklüğünün 1 milyar dolar olduğu tahmin edilmektedir. Türkiye de plastik ürünlerin kullanım bilincinin artmasına rağmen henüz gelişmiş ülkelerin tüketim hızlarına ulaşılamamıştır. Yurtiçi talebin net olarak rakamsal verilerine sektörde tam olarak ulaşılamamakla birlikte plastik borularda en fazla hammadde olarak kullanılan polipropilen ve polivinil klorürün Avrupa da tüketiminin her yıl %5 civarında arttığı, bu maddelerden Türkiye de üretilen boruların ihracatının her yıl %3 civarında arttığı göz önüne alındığında tüketimin artan bir eğilim gösterdiği görülmektedir. 26

56 Plastik borular Türkiye de Plastik Boru Üreticileri Pilsa Plastik Sanayi A.Ş., Fırat Plastik Kauçuk San. Tic. A.Ş, Dizayn Teknik Plastik Boru Elemanları Sanayi ve Ticaret A.Ş., Arılı Plastik Sanayi A.Ş., Ege Yıldız A.Ş., Egeplast A.Ş., Novaplast Plastik Sanayi ve Ticaret A.Ş., Çağlar Plastik San. A.Ş., Söğüt Plastik ve Kalıp Sanayi ve Ticaret A.Ş *Plastik Sanayicileri Araştırma Geliştirme ve Eğitim Vakfı Adres : Halkalı C. Tez-İş İş Merkezi No: 132/1 Kat: Sefaköy/İSTANBUL Web : *PETKİM Petrokimya Holding A.Ş. Adres : Aliağa, İZMİR Web : 27

57 Plastik borular Plastik Borularla ilgili Türk Standartları TS NO TS 201 TS 6690 TS 6692 TS 6693 TS 9937 TS TS STANDART KONUSU Plastik borular sert polivinil klorürden Polipropilen (PP) borular ve bağlantı elemanları Polipropilen borular Polietilen borular ve bağlantı elemanları Plastik borular-polipropilenden genel amaçlı Plastikler-Termoplastik boru ve ekleme parçaları Plastik borular ve ekleme parçaları-polietilenden-büyük çaplı 28

58 Polistiren (PS) Polistiren, stiren monomerinin polimerizasyonu ile üretilen bir polimerdir. Yoğunluğu 1,03-1,06 g/cm 3 arasında değişir Rijit polistirenin erime sıcaklığı o C arasındadır. Malzemeler termal şekillendirme veya enjeksiyon kalıplama yöntemleri ile üretilir. 29

59 Polistiren (PS) Rijit polistiren Saf polistiren (homopolimer) oldukça sert, kırılgan ve parlaktır. Nispeten düşük erime noktasına sahip çok pahalı olmayan bir reçinedir. Modifikasyon yöntemleriyle kauçuk ilavesiyle esneklik kazandırılabilir. Rijit polistiren hızlı yanar, kuvvetli gaz kokusu yayar, önemli miktarda kurum üretir. Asetonlu ortamda erir. UV ışınlarına dirençlidir. Rijit polistiren ile üretilen laboratuvar beherleri Rijit polistiren ile üretilen eşyalar 30

60 Polistiren (PS) Rijit polistiren basınç yükleri altında yüksek dayanıma sahiptir ve düktil davranış gösterir. Ancak çekme yükleri altında daha az dayanıklı ve gevrektir (kırılgan). Yük Basınç Çekme Şekil değişimi 31

61 Polistiren (PS) Genleştirilmiş polistiren köpük (expanded polystrene (EPS) foam) EPS köpük, polistiren taneciklerinin şişirilmesi ve birbirine kaynaşması ile elde edilen bir ısı yalıtım malzemesidir. Taneciklerin şişirilmesi ve köpük elde edilmesi için kullanılan şişirici gaz Pentan dır. Organik bir bileşen olan pentan, tanecikler içinde çok sayıda küçük gözeneklerin oluşmasını sağlar. Reaksiyon için buhar verilir. Üretim sırasında ve üretimi takiben çok kısa sürede pentan hava ile yer değiştirir. Açığa çıkan pentan gazı atmosferde zaten bulunan CO 2 ve su buharına-h 2 O ya dönüşür. Vid.7 (01:30) Solvent eritir Vid.8 (00:50) 32

62 Polistiren (PS) Genleştirilmiş polistiren köpük (expanded polystrene (EPS) foam) Pentanın açığa çıkmasıyla, malzemenin bünyesinde bulunan çok sayıdaki (yoğunluğa bağlı olarak 1 m 3 EPS de 3-6 milyar) küçük kapalı gözenekli hücreler içinde durgun hava hapsolur. Malzemenin % 98 i hareketsiz havadır; %2 si ise polistirendir. 33

63 Polistiren (PS) Genleştirilmiş polistiren köpük (expanded polystrene (EPS) foam) Daha sonra özel silolorda dinlendirilen genleştirilmiş taneciklerin kalıp içerisinde su buharı yardımı ile birbirleriyle kaynaşması ve malzemenin özelliklerini kazanması sağlanır. Tanelerin birbiri ile kaynaşması sonucunda balpeteği görünümünde, arada boşluk kalmadan birbiri ile kaynaşmış çokgenlerin oluşturduğu sürekli bir kütle meydana gelir. Daha sonraki üretim adımları ise malzemenin kullanım sahasına (ısı yalıtım amaçlı veya ambalaj malzemesi olarak) göre değişiklik gösterir. 34

64 Polistiren (PS) Genleştirilmiş polistiren köpük (expanded polystrene (EPS) foam) EPS köpüklerin genel özellikleri ISO 3008 TS 7316 EN standartlarında farklı yoğunluklar ve yangın sınıflarında üretilebilmektedir. Geniş bir yoğunluk aralığında üretilebildiği için, farklı uygulama seçenekleri sunar. Yüksek ısı yalıtımı sağlar. Isı iletkenliği düşük olduğu gibi sabittir, şişirici gaza ve zamana bağlı olarak değişmez. Kapalı gözenekli yapısı nedeniyle su geçirmez. Hafif olduğu için taşıma ve montaj esnasında kolaylık sağlar kg/m 3 Üretiminde sağlığa zararlı ve ozon tabakasına etki eden madde kullanılmaz. Yangın sınıfı B1 (zor alev alan). Alev kaynağının sürekli temas etmesi ile yanmaya devam eder. Alev kaynağı uzaklaştırılınca yanma durur. Ancak 200 o C sıcaklıkta erimiş polimer akarak yangını yayabilir. 35

65 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) İlk Ekstrüde Polistren Köpük 1940'lı yılların başında, Amerika'da askeri amaçlı talep üzerine yüzer sallar için üretilmiştir. Yoğun kullanımı sonucunda, su ve neme karşı oldukça dirençli olduğu fark edilen bu ürünlerin aynı zamanda ısı yalıtım teknik özelliklerinin farkına varılmıştır ve ısı yalıtımı amacıyla üretimine devam edilmiştir 1941 yöntemin keşfi ilk styrofoam 36

66 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) Piyasada sert köpük olarak adlandırılır. Dış cephe mantolamasında en çok kullanılan malzemedir. Polistiren kristallerine farklı genleştirici katkılar eklenerek karıştırılıp ergitilir. Viskoz plastik sıvı basınçla ekstrüdere besleme yapılır. Çıkış ucunun şekline göre dışarı çıkan plastik genleşir, soğutulup istenen boyutta kesilir. Üretiminde HCFC (hidrokloroflorokarbon) gazları kullanılmaktadır

67 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) Ekstrüder vidası Erime sıcaklığı C'dir 38

68 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) 39

69 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) Gezilebilir teras yalıtımı Panel eleman ısı yalıtımı 40

70 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) mantolama Isı köprüsü yalıtmı 41

71 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) 42

72 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük Expanded polistiren köpük 10 kat büyütme 10 kat büyütme XPS EPS Mikroskop altında kıyaslama Vid.9 (03:00) 43

73 Polistiren (PS) Isı köprüsü XPS 44

74 Polistiren (PS) 140 C su sıcaklığına dayanıklı XPS poliüretan köpük kıyaslaması Isı yalıtımlı jeotermal borular Poliüretan köpük ile XPS'in kıyaslaması Vid.10 (03:00) Kalite kontrol Farklı yoğunluk farklı ısı yalıtım performansı!!! Soğutma sistemlerinin yalıtımında poliüretan köpük kullanılır. 45

75 Polistiren (PS) Ekstrüde polistiren köpük (extrude polystrene (XPS) foam) fitil üretimi Binaların derz ve dilatasyonlarında, ayrıca kapı ve pencerelerin duvar birleşimlerinde dolgu fitili kullanılır. Mastik, silikon gibi derz dolgu malzemelerine yapışmamalı ve ayrı çalışmalıdır. Derz ve ditasyonlarda uygulanarak ihtiyaç duyulan derz dolgu malzemesi miktarını azaltır. Suya ve buhara karşı dirençli olmalıdır. XPS dolgu fitillerinin üretiminde ve kullanımı sırasında sera gazlarının çıkışı (CFC gazı) bir dezavantajdır. 46

76 Polistiren (PS) 2011'den itibaren CFC içermeyen polietilen (PE) dolgu fitili ve sıcak su borusu yalıtım gömleği üretimine başlanmıştır (İzocam). Önümüzdeki yıllarda geçiş oranı artacaktır. PE dolgu fitili PE sıcak su borusu yalıtım gömleği PE köpük 47

77 Polistiren (PS) Son yıllarda grafit formunda toz karbon ile birlikte granüle edilip genleştirilen EPSler geliştirilmiştir (Neopor). Bu malzemeler ısıl iletkenlik açısından (yüksek refleksiyon kapasitesi) daha üstün plaka ürünlerin gelişmesini sağlamıştır. 48